CN112124411B - 用于多件式转向系统齿条的联接装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于多件式转向系统齿条的联接装置。一种用于车辆转向系统的齿条组件包括从第一外端部纵向地延伸到第一内端部的第一齿条部件，该第一齿条部件具有从颈部区域径向向外延伸到头部区域的第一肩部。该齿条组件还包括从第二外端部纵向地延伸到第二内端部的第二齿条部件，该第二齿条部件具有从颈部区域径向向外延伸到头部区域的第二肩部。该齿条组件还包括联接组件，该联接组件具有内表面，该内表面限定一中空区域，第一齿条部件的头部区域和第二齿条部件的头部区域均被设置在该中空区域内，该内表面具有与第一肩部邻接的第一径向突出部和与第二肩部邻接的第二径向突出部。

Description

用于多件式转向系统齿条的联接装置

技术领域

本文描述的实施例涉及车辆转向系统，更具体而言，涉及多件式(multi-piece，组合式)转向系统齿条和用于这类齿条的联接装置。

背景技术

一些转向系统采用被称作“双小齿轮电力转向(DPEPS)系统”的系统。其它的转向系统利用滚珠丝杆将旋转式转向助力转换为线性输出，其可被称作“齿条辅助电力转向(REPS)”。这类系统的一些齿条可以利用两件式以允许使用两种不同材料和/或两种不同直径来获得特定长度的转向齿条。现有的连结两个齿条部段的方法通常是利用摩擦焊接两个齿条半部(half)以获得最终的转向齿条。焊接连接对焊接完整性具有固有的影响。为了连结齿条部段而想到的其他方法是螺纹连接，但这种类型的连接也存在与接合完整性相关的影响因素。

一些齿条组件要求在分处于两件式齿条组件的不同初始部分上的两组齿条齿之间具有非常紧密的角度关系。这种紧密的角度关系允许两个小齿轮/齿条齿轮组均具有啮合属性，以保持转向系统的感知性(feel，感觉)和耐用性。遗憾的是，通过上述的转向齿条制造和组装工艺难以建立和保持这种紧密的角度关系。

发明内容

根据本公开的一个方案，用于车辆转向系统的齿条组件包括从第一外端部纵向地延伸到第一内端部的第一齿条部件，该第一齿条部件具有从第一齿条部件的颈部区域径向向外延伸到第一齿条部件的头部区域的第一肩部。该齿条组件还包括从第二外端部纵向地延伸到第二内端部的第二齿条部件，该第二齿条部件具有从第二齿条部件的颈部区域径向向外延伸到第二齿条部件的头部区域的第二肩部。该齿条组件进一步包括联接组件，该联接组件具有内表面，该内表面限定一中空区域，第一齿条部件的头部区域和第二齿条部件的头部区域均设置在该中空区域内，该内表面具有与第一肩部邻接的第一径向突出部和与第二肩部邻接的第二径向突出部。

根据本公开的另一个方案，用于车辆转向系统的齿条组件包括从第一外端部纵向地延伸到第一内端部的第一齿条部件，该第一齿条部件具有在第一本体区域、第一头部区域、第一肩部和第二肩部之间延伸并进行连结的第一颈部区域，所述第一肩部从第一颈部区域径向向外延伸到第一本体区域，而第二肩部从第一颈部区域径向向外延伸到第一头部区域。该齿条组件还包括从第二外端部纵向地延伸到第二内端部的第二齿条部件，该第二齿条部件具有在第二本体区域、第二头部区域、第三肩部和第四肩部之间延伸并进行连结的第二颈部区域，所述第三肩部从第二颈部区域径向向外延伸到第二本体区域，而所述第四肩部从第二颈部区域径向向外延伸到第二头部区域。该齿条组件还包括联接组件，该联接组件具有第一半部和第二半部，该第二半部与该第一半部的内表面限定一中空区域，第一头部区域和第二头部区域被设置在该中空区域内，该内表面具有与第一和第二颈部区域以及第一和第二头部区域对应的几何形状。该齿条组件还包括至少一个偏置构件，该偏置构件设置在第一齿条部件的第一内端部与第二齿条部件的第二内端部之间并与两者邻接，以将第一齿条部件与第二齿条部件偏压得彼此离开。

附图说明

在本说明书随附的权利要求书中特别地指出并明确地请求保护被视为本发明的主题。从以下结合附图给出的详细描述中显现了本发明的前述及其他的特征和优点，在附图中：

图1是车辆转向系统的立体图；

图2是车辆转向系统的齿条组件的立体图；

图3是齿条组件的第一部分的立体图；

图4是用于齿条组件的两个部分的联接装置(coupling，联接部)；

图5是去除了一部分联接装置的齿条组件的立体图；以及

图6是与齿条组件的部分组装的联接装置的立体图。

具体实施方式

现在参照附图，将结合具体实施例来描述(但非限制)本发明，图1阐示了车辆转向系统10，其用于使车辆沿期望的方向转向。转向系统10可包括经由转向柱22可操作地连接到齿轮壳体34的方向盘20。转向柱22例如可由一个或多个柱段形成，诸如由上柱和下柱形成，但应理解的是，可以采用各种不同数量的柱段。还包括转向机构，该转向机构的一部分是其上带有齿部(toothed section)的齿条组件36、系杆38和40、转向节44及行驶轮48。

转向系统10为电力转向系统，其利用齿条和小齿轮(pinion，齿轮)转向机构，该齿条和小齿轮转向机构包括齿条组件36和位于齿轮壳体34内的小齿轮(未示出)。在操作期间，随着车辆操作者转动方向盘20，转向柱22转动小齿轮。小齿轮的旋转使齿条组件36移动，齿条组件使系杆38、40移动。系杆38、40进而移动相应的转向节44，所述转向节转动相应的行驶轮48。应理解的是，转向系统10可包括更少或更多的轴部件或柱部件。此外，如上文所述，在一些实施例中，设置了线控转向系统，其中在方向盘20(或其他转向输入装置)与转向柱22的下部/向前部分之间不存在物理连接。

转向系统10包括动力转向辅助组件，其借助马达50来协助转向操作，在REPS系统的实施例中该马达驱动滚珠丝杆组件。具体而言，螺母52与齿条组件36的滚珠丝杆部分接合，以协助齿条组件36的平移。在DPEPS系统中，马达50驱动第二小齿轮，所述第二小齿轮接合在第二组齿条齿中。

现在参照图2，本文公开的齿条组件36在组装状态下被示出。与包括一体形成的单个齿条杆的齿条组件相比，或者与通过连结两个齿条片段(例如通过焊接)形成的齿条组件相比，本文公开的齿条组件36包括第一齿条部件60和第二齿条部件62，两者是分开的部件，并且在组装和操作期间也保持为分开的部件。第一齿条部件60和第二齿条部件62借助联接组件64彼此联接。在一些实施例中，第一齿条部件60和第二齿条部件62在最终的组装时各自限定了齿条组件36的整体长度的大约一半。然而，应理解的是，不同的长度也是可预期的。第一齿条部件60和第二齿条部件62中的一者是整个齿条组件36的辅助部分，并包括齿条组件的滚珠丝杆部分(或辅助齿部分)，而第一齿条部件60和第二齿条部件62中的另一者是齿条组件36的从动部分。

如本文所公开的，通过将独立的且分开的第一齿条部件60和第二齿条部件62相联接，齿条组件36为整个齿条组件提供了附加的自由度，以允许与齿条组件36的有齿部分的最优齿轮啮合，且同时满足转向齿条的所有其他要求。这就克服了与在所有转向齿条的制造和组装工艺中建立和保持两组齿条齿之间的紧密角度关系相关联的困难。

第一齿条部件60从第一外端部68沿纵向方向延伸到第一内端部70(图3和图5)，而第二齿条部件62从第二外端部72延伸到第二内端部73(图5)。

现在参照图3，其更为详细地阐示了第一齿条部件60的一部分。具体而言，第一齿条部件60的本体区域74被示出，且颈部区域76将本体区域74连结到头部区域78。本体区域74和头部区域78各自的外径均大于颈部区域76的外径。第一肩部80从颈部区域76径向向外延伸，以将颈部区域76连接到本体区域74。类似地，第二肩部82从颈部区域76径向向外延伸，以将颈部区域76连接到头部区域78。在一些实施例中，第一肩部80和第二肩部82中的一者或两者相对于颈部区域76和头部区域78被垂直地定向，但是从该定向稍偏离的角度也是可预期的。

与第二齿条部件62的第二内端部73靠近的区域被构造为与第一齿条部件60相似，如图5所示。具体而言，第二齿条部件62包括本体区域84，且颈部区域86将本体区域84连结到头部区域88。本体区域84和头部区域88各自的外径均大于颈部区域86的外径。第三肩部90从颈部区域86径向向外延伸，以将颈部区域86连接到本体区域84。类似地，第四肩部92从颈部区域86径向向外延伸，以将颈部区域86连接到头部区域88。在一些实施例中，第三肩部90和第四肩部92中的一者或两者相对于颈部区域86和头部区域88被垂直地定向，但是从该定向稍偏离的角度也是可预期的。

现在参照图4和图5，其阐示了联接组件64的一部分，且移除了部分以展示联接组件64的内部特征。具体而言，联接组件64的第一半部100被示出。第一半部100包括内表面102，该内表面限定了中空内部区域104。第一齿条部件60和第二齿条部件62各自的头部区域78和88、以及第一齿条部件60和第二齿条部件62各自的颈部区域76和86的至少一部分在组装状态下(图5)均被配置为设置在中空内部区域104中。内表面102沿与第一齿条部件60和第二齿条部件62的颈部区域76、86及头部区域78、88大体对应的几何轮廓，从第一端部106轴向地延伸到第二端部108，如图5中所示。具体而言，内表面102包括与第一齿条部件60的第二肩部82邻接的第一径向突出部110以及与第二齿条部件62的第四肩部92邻接的第二径向突出部112。内表面102的在第一径向突出部110与第二径向突出部112之间延伸的部分限定了中空内部区域104的较大直径部分，以容纳头部区域78、88，两者分别大于其齿条部件60、62的颈部区域76、86。第一径向突出部110和第二径向突出部112径向向内延伸到足以阻止第一齿条部件60和/或第二齿条部件62在轴向上撤回的程度。

尽管阐示了联接组件64的第一半部100的内部，但应理解的是，联接组件64的第二半部120(图2和图6)在外部和内部都可以简单地为第一半部100的大体复制品。当第一半部100和第二半部120彼此固连时，第一半部和第二半部一起在径向和轴向上约束第一齿条部件60和第二齿条部件62。通过将联接组件64分成两个部件，头部区域78、88均能够被恰当地定位在较大的内部中空区域104中，且因此以前述方式被俘获。

联接组件64的半部100、120的固连是借助至少一个保持环来实现的，该保持环设置在形成于联接组件64的外径中的槽内。在所阐示的实施例中，第一保持环130设置在第一槽132内，而第二保持环134设置在第二槽136内。可预期设置更多的保持环，以便附加抵制所述半部100、120的分离。在一些实施例中，保持环130、134均为螺旋卷绕型环，但多种备选的元件也是可预期的。例如，在一些实施例中，可采用压制在联接半部的外径上的钢管来抵制所述半部100、102的分离。在这种实施例中，所述管的长度会与联接半部100、102的长度大体相同。

在一些实施例中，保持环130、134不是必要的。这些实施例通过存在于齿条壳体中的匹配直径/轮廓，而为联接半部100、120提供支撑。

参照图5，为了减少在联接组件接合部处及其内的紧密公差特征的数量，一个或多个偏置构件140被设置在第一内端部70与第二内端部73之间并与两者邻接，以将第一齿条部件60与第二齿条部件62偏压远离彼此。在一些实施例中，偏置构件140是锥形弹簧垫圈。偏置构件140在每个齿条部件60、62的内端部上施加向外的力，以使齿条组件36免于摆动(de-lash，免于击打)并防止齿条组件36中发出咔嗒声。在组装工艺中，在安装上述的保持环130、134之前，偏置构件140被压缩且齿条部件60、62被设置在联接组件64内。

上述的联接组件64将第一齿条部件60和第二齿条部件62有效地连结在一起，但允许这两个部件彼此独立地旋转，从而为齿条组件36提供附加的自由度。

图6阐示了齿条组件36的一实施例，该齿条组件有助于转矩从齿条部件60或62中一者传递到齿条部件60或62中另一者。在不要求或不需要上述附加自由度的这一实施例中，通过将每个齿条部件60、62机械地紧固至联接组件64而促进转矩传递。具体而言，第一机械紧固件150延伸穿过联接组件64并进入第一齿条部件60。类似地，第二机械紧固件152延伸穿过联接组件64并进入第二齿条部件62。在一些实施例中，机械紧固件150，152是轧制弹簧销(rolled spring pin，卷式弹簧销)。

本文公开的任何实施例均可包括由烧结金属制成的联接组件(即，第一半部100和第二半部120)，所述烧结金属需要很少机械加工或不需要机械加工，但是备选的材料和制造工艺也是可预期的。

所公开的齿条组件36的实施例允许单独的齿条部件60、62由不同的材料形成和/或具有不同的直径。本文所公开的这些实施例还有助于具有齿条的辅助部分，其可以是通过与齿条的应用特定“转向”部分配合而用于不同车辆中的通用设计。这允许大规模制造该辅助部分以降低成本。

由于双小齿轮辅助电力转向(DPEPS)齿条的制造成本不菲，因此所公开的实施例提出了通过更换齿条组件36的一端部而对齿条组件36进行“修理”，而不是将整个齿条组件报废。

尽管已结合仅有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但应容易理解的是，本发明并不受限于此类已公开的实施例。相反，本发明能被修改以纳入以上未述及的、任何数目的变型、变化、替代或等同布置，但这些均不背离本发明的精神和范围。此外，尽管已描述了本发明的多个不同实施例，但应理解的是，本发明的多个方面可包括所描述实施例中的仅一些。因此，前文的描述不应被视为对本发明的限制。

Claims (19)

1.一种用于车辆转向系统的齿条组件，包括：

第一齿条部件，其从第一外端部纵向地延伸到第一内端部，所述第一齿条部件具有第一肩部，所述第一肩部从所述第一齿条部件的颈部区域径向向外延伸到所述第一齿条部件的头部区域；

第二齿条部件，其从第二外端部纵向地延伸到第二内端部，所述第二齿条部件具有第二肩部，所述第二肩部从所述第二齿条部件的颈部区域径向向外延伸到所述第二齿条部件的头部区域；

联接组件，具有内表面，所述内表面限定一中空区域，所述第一齿条部件的头部区域和所述第二齿条部件的头部区域均被设置在所述中空区域内，所述内表面具有与所述第一肩部邻接的第一径向突出部和与所述第二肩部邻接的第二径向突出部，以及

至少一个偏置构件，所述偏置构件设置在所述第一齿条部件的第一内端部与所述第二齿条部件的第二内端部之间并与两者邻接，以将所述第一齿条部件与所述第二齿条部件偏压得彼此离开。

2.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述联接组件包括多个部件。

3.根据权利要求2所述的齿条组件，其中，所述联接组件包括第一半部和第二半部。

4.根据权利要求3所述的齿条组件，其中，所述第一半部通过第一保持环被固连到所述第二半部，所述第一保持环设置在形成于所述联接组件的外径中的第一槽内。

5.根据权利要求4所述的齿条组件，还包括第二保持环，该第二保持环设置在形成于所述联接组件的外径中的第二槽内。

6.根据权利要求5所述的齿条组件，其中，所述第一保持环和所述第二保持环中的至少一个是螺旋卷绕型环。

7.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述至少一个偏置构件是至少一个锥形弹簧垫圈。

8.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述联接组件由烧结金属形成。

9.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述第一齿条部件包括第一本体区域，所述第一齿条部件的颈部区域将所述第一齿条部件的所述本体区域与所述第一齿条部件的所述头部区域连结；所述第二齿条部件包括第二本体区域，所述第二齿条部件的颈部区域将所述第二齿条部件的所述本体区域与所述第二齿条部件的所述头部区域连结。

10.根据权利要求9所述的齿条组件，其中，所述第一齿条部件的本体区域具有的外径不同于所述第二齿条部件的外径。

11.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述第一齿条部件由与所述第二齿条部件的材料不同的材料形成。

12.根据权利要求1所述的齿条组件，其中，所述第一齿条部件和所述第二齿条部件能彼此独立地旋转。

13.根据权利要求1所述的齿条组件，还包括：

第一机械紧固件，其将所述联接组件固定到所述第一齿条部件；以及

第二机械紧固件，其将所述联接组件固定到所述第二齿条部件，其中，所述第一齿条部件和所述第二齿条部件中一者的转矩被传递到所述第一齿条部件和所述第二齿条部件中另一者。

14.根据权利要求13所述的齿条组件，其中，所述第一机械紧固件和所述第二机械紧固件是轧制弹簧销。

15.一种用于车辆转向系统的齿条组件，包括：

第一齿条部件，其从第一外端部纵向地延伸到第一内端部，所述第一齿条部件具有第一颈部区域，所述第一颈部区域在第一本体区域、第一头部区域、第一肩部和第二肩部之间延伸并进行连结，所述第一肩部从所述第一颈部区域径向向外延伸到所述第一本体区域，而所述第二肩部从所述第一颈部区域径向向外延伸到所述第一头部区域；

第二齿条部件，其从第二外端部纵向地延伸到第二内端部，所述第二齿条部件具有第二颈部区域，所述第二颈部区域在第二本体区域、第二头部区域、第三肩部和第四肩部之间延伸并进行连结，所述第三肩部从所述第二颈部区域径向向外延伸到所述第二本体区域，而所述第四肩部从所述第二颈部区域径向向外延伸到所述第二头部区域；

联接组件，具有第一半部和第二半部，所述第二半部和所述第一半部的内表面限定一中空区域，所述第一头部区域和所述第二头部区域被设置在所述中空区域内，所述内表面具有与所述第一颈部区域和第二颈部区域以及所述第一头部区域和第二头部区域对应的几何形状；以及

至少一个偏置构件，设置在所述第一齿条部件的第一内端部与所述第二齿条部件的第二内端部之间并邻接两者，以将所述第一齿条部件与所述第二齿条部件偏压得彼此离开。

16.根据权利要求15所述的齿条组件，还包括：

第一保持环，设置在形成于所述联接组件的外径中的第一槽内；以及

第二保持环，设置在形成于所述联接组件的外径中的第二槽内，所述第一保持环和所述第二保持环将所述联接组件的第一半部固连到第二半部。

17.根据权利要求15所述的齿条组件，其中，所述联接组件被设置在齿条壳体的孔内，所述孔的尺寸被制定为将所述联接组件的第一半部固连到第二半部。

18.根据权利要求15所述的齿条组件，还包括：

第一机械紧固件，其将所述联接组件固定到所述第一齿条部件；以及

第二机械紧固件，其将所述联接组件固定到所述第二齿条部件，其中，所述第一齿条部件和所述第二齿条部件中一者的转矩传递到所述第一齿条部件和所述第二齿条部件中另一者。

19.根据权利要求15所述的齿条组件，还包括管，所述管围绕所述联接组件，以将所述第一半部固连到所述第二半部。

Images